Mitokondriokimput (keltaiset) gopher-valoreseptorikartioiden sisällä näyttelevät odottamatonta roolia hajavalon (alhaalta hehkuvan) tarkemmassa tarkentamisessa (sininen säde).Tämä optinen käyttäytyminen voi parantaa näköä tekemällä kartiosolujen pigmenteistä tehokkaampia valon vangitsemisessa.
Hyttynen tarkkailee sinua mikrolinssiryhmän läpi.Käännät päätäsi, pidät kärpäspiilakkaa kädessäsi ja katsot vampyyria vaatimattomalla, yksilinssisellä silmälläsi.Mutta käy ilmi, että voit nähdä toisiamme – ja maailmaa – enemmän kuin luuletkaan.
Viime kuussa Science Advances -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa havaittiin, että nisäkkään silmän sisällä mitokondriot, soluja ravitsevat organellit voivat ottaa toisen mikrolinssin roolin, mikä auttaa kohdistamaan valon valopigmentteihin. Nämä pigmentit muuttavat valon hermosignaaleiksi aivoille. tulkita.Löydökset osoittavat silmiinpistäviä yhtäläisyyksiä nisäkkään silmien ja hyönteisten ja muiden niveljalkaisten yhdistelmäsilmien välillä, mikä viittaa siihen, että omilla silmillämme on piilevä optinen monimutkaisuus ja että evoluutio on löytänyt hyvin vanhan osan solun anatomiasta uusiin käyttötarkoituksiin.
Silmän edessä oleva linssi keskittää ympäristöstä tulevan valon takana olevaan ohueen kudoskerrokseen, jota kutsutaan verkkokalvoksi.Siellä fotoreseptorisolut - kartiot, jotka värittävät maailmaamme, ja sauvat, jotka auttavat meitä navigoimaan hämärässä - absorboivat valoa ja muuntavat sen aivoihin meneviksi hermosignaaleiksi.Mutta fotopigmentit sijaitsevat fotoreseptoreiden päässä, heti paksun mitokondriokimpun takana.Tämän nipun outo järjestely tekee mitokondrioista näennäisen tarpeettomia valoa sirottavia esteitä.
Mitokondriot ovat "viimeinen este" valohiukkasille, sanoi Wei Li, National Eye Instituten vanhempi tutkija ja paperin johtava kirjoittaja.Näkötutkijat eivät moniin vuosiin kyenneet ymmärtämään näiden organellien outoa järjestelyä – loppujen lopuksi useimpien solujen mitokondriot takertuvat keskusorganelliinsa – ytimeen.
Jotkut tutkijat ovat ehdottaneet, että nämä säteet ovat saattaneet kehittyä lähellä paikkaa, jossa valosignaalit muunnetaan hermosignaaleiksi, energiaintensiiviseksi prosessiksi, jonka avulla energiaa voidaan helposti pumpata ja toimittaa nopeasti.Mutta sitten tutkimus alkoi osoittaa, että fotoreseptorit eivät tarvitse yhtä monta mitokondriota energiaan - sen sijaan ne voivat saada enemmän energiaa glykolyysiksi kutsutussa prosessissa, joka tapahtuu solun hyytelömäisessä sytoplasmassa.
Lee ja hänen tiiminsä oppivat näiden mitokondrioiden roolista analysoimalla gopherin kartiosoluja, pienen nisäkkään, jolla on erinomainen päivänäkö, mutta joka on itse asiassa sokea yöllä, koska sen kartiovaloreseptorit ovat suhteettoman suuria.
Kun tietokonesimulaatiot osoittivat, että mitokondriokimpuilla voi olla optisia ominaisuuksia, Lee ja hänen tiiminsä aloittivat kokeita oikeilla esineillä.He käyttivät ohuita näytteitä oravan verkkokalvosta, ja useimmat solut poistettiin muutamaa kartiota lukuun ottamatta, joten he "sai vain pussin mitokondrioita" siististi pakattuna kalvon sisään, Lee sanoi.
Valaisemalla tätä näytettä ja tutkimalla sitä huolellisesti erityisellä konfokaalimikroskoopilla, jonka on suunnitellut Leen laboratorion tutkija ja tutkimuksen johtava kirjoittaja John Ball, löysimme odottamattoman tuloksen.Mitokondriosäteen läpi kulkeva valo näyttää kirkkaalta, terävästi fokusoidulta säteeltä.Tutkijat ottivat valokuvia ja videoita valosta, joka tunkeutuu pimeyteen näiden mikrolinssien läpi, joissa valopigmentit odottavat elävissä eläimissä.
Mitokondriokimpulla on avainrooli, ei esteenä, vaan mahdollisimman paljon valon toimittamisessa fotoreseptoreihin minimaalisella häviöllä, Li sanoo.
Simulaatioiden avulla hän ja hänen kollegansa vahvistivat, että linssivaikutus johtuu ensisijaisesti itse mitokondriokimpusta, ei sitä ympäröivästä kalvosta (vaikka kalvolla on rooli).Gopherin luonnonhistorian omituinen omituisuus auttoi heitä myös osoittamaan, että mitokondriokimpun muoto on kriittinen sen keskittymiskyvylle: kuukausien aikana gopherin lepotilassa sen mitokondriokimput epäjärjestyvät ja kutistuvat.Kun tutkijat mallinsivat, mitä tapahtuu, kun valo kulkee nukkuvan maa-oravan mitokondriokimpun läpi, he havaitsivat, että se ei keskitä valoa niin paljon kuin silloin, kun se on venytettynä ja erittäin järjestäytynyt.
Aiemmin muut tutkijat ovat ehdottaneet, että mitokondriokimput voisivat auttaa keräämään valoa verkkokalvoon, toteaa Columbian yliopiston lääketieteellisen keskuksen oftalmologian professori Janet Sparrow.Ajatus vaikutti kuitenkin oudolta: "Jotkut minun kaltaiset ihmiset nauroivat ja sanoivat: 'Tule, onko sinulla todella niin monta mitokondriota ohjaamaan valoa?'- hän sanoi."Se on todellakin asiakirja, joka todistaa sen – ja se on erittäin hyvä."
Lee ja hänen kollegansa uskovat, että se, mitä he havaitsivat gopherissa, voi tapahtua myös ihmisillä ja muilla kädellisillä, joilla on hyvin samanlainen pyramidirakenne.He uskovat, että se voisi jopa selittää vuonna 1933 ensimmäisen kerran kuvatun ilmiön, nimeltään Stiles-Crawford-ilmiö, jossa pupillin keskustan läpi kulkevaa valoa pidetään kirkkaampana kuin kulmassa kulkevaa valoa.Koska keskusvalo voidaan keskittyä enemmän mitokondriokimppuun, tutkijat uskovat, että se voisi keskittyä paremmin kartiopigmenttiin.He ehdottavat, että Stiles-Crawford-ilmiön mittaaminen voisi auttaa verkkokalvon sairauksien varhaisessa havaitsemisessa, joista monet johtavat mitokondriovaurioihin ja muutoksiin.Leen tiimi halusi analysoida, kuinka sairaat mitokondriot keskittyvät valoon eri tavalla.
Se on "kaunis kokeellinen malli" ja hyvin uusi löytö, sanoi Yirong Peng, UCLA:n oftalmologian apulaisprofessori, joka ei ollut mukana tutkimuksessa.On mielenkiintoista nähdä, voivatko nämä mitokondriokimput toimia myös sauvojen sisällä yönäön parantamiseksi, Peng lisäsi.
Ainakin kartioissa nämä mitokondriot olisivat voineet kehittyä mikrolinsseiksi, koska niiden kalvot koostuvat lipideistä, jotka luonnollisesti taittavat valoa, Lee sanoi."Se on yksinkertaisesti paras materiaali ominaisuudelle."
Lipidit näyttävät löytävän tämän toiminnon myös muualta luonnosta.Lintujen ja matelijoiden verkkokalvoon on kehittynyt öljypisaroiksi kutsuttuja rakenteita, jotka toimivat värisuodattimina, mutta joiden uskotaan toimivan myös mikrolinsseinä, kuten mitokondriokimppuina.Suurenmoisessa konvergoituvan evoluution tapauksessa, lintujen kiertelemässä pään yläpuolella, hyttysten surinaa ihastuttavan ihmissaaliinsa ympärillä, luet tämän asianmukaisilla optisilla ominaisuuksilla, jotka ovat kehittyneet itsenäisesti – mukautuksia, jotka houkuttelevat katsojia.Täältä tulee selkeä ja kirkas maailma.
Toimittajan huomautus: Yirong Peng sai tuen Klingenstein-Simons Fellowship -hankkeelta, jota osittain tukee Simons Foundation, joka rahoittaa myös tätä itsenäisesti toimitettua lehteä.Simmons-säätiön rahoituspäätös ei vaikuta raportointiin.
Korjaus: 6. huhtikuuta 2022 Pääkuvan otsikko tunnisti alun perin virheellisesti mitokondriokimppujen värin violetiksi keltaisen sijaan.Purppuravärjäytyminen liittyy nippua ympäröivään kalvoon.
Quanta-lehti moderoi arvosteluja edistääkseen tietoista, merkityksellistä ja sivistynyttä vuoropuhelua.Kommentit, jotka ovat loukkaavia, pilkkaavia, itseään mainostavia, harhaanjohtavia, epäjohdonmukaisia tai aiheen ulkopuolisia, hylätään.Moderaattorit ovat avoinna normaaleina aukioloaikoina (New Yorkin aikaa) ja voivat hyväksyä vain englanniksi kirjoitetut kommentit.
Postitusaika: 22.8.2022
